硬盘的存储原理和内部架构 2012

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1、硬盘的存储原理和内部架构2012-11-1921:47:21分类：服务器与存储  本来想写个文件系统的专题，结果发现对硬盘的内部架构和存储原理还是比较模糊，因为不了解“一点”硬盘的存储原理对文件系统的认识老是感觉镜花水月，不踏实。经过搜集整理资料就由了本文的问世。借用Bean_lee兄一句话：成果和荣耀归于前辈。首先，让我们看一下硬盘的发展史：·1956年9月13日，IBM的IBM350RAMAC(RandomAccessMethodofAccountingandControl)是现代硬盘的雏形，整个硬盘需要50个直径为24英寸表面涂有磁浆的盘片，它相当于两个冰箱的体积，不过其存储容量只有5

2、MB。·1971年，IBM开始采用一种名叫Merlin的技术生产硬盘，这种技术据称能使硬盘头更好地在盘片上索引。·1973年，IBM3340问世，主流采用采用红色。这个大家伙每平方英寸存储1.7MB的数据，在当时已经创了一个纪录。许多公司共享这些系统，需要时按照时间和存储空间租用它。租赁价值为7.81美元每兆，这个价格比当时汽油的价格还贵38%。它拥有“温彻斯特”这个绰号，也就是我们现在所熟知的“温氏架构”。来源于它两个30MB的存储单元，恰好是当时出名的“温彻斯特来福枪”的口径和填弹量。至此，硬盘的基本架构被确立。·1979年，IBM发明了ThinFilm磁头，使硬盘的数据定位更加准确，因

3、此使得硬盘的密度大幅提升。·1980年，两位前IBM员工创立的公司开发出5.25英寸规格的5MB硬盘，这是首款面向台式机的产品，而该公司正是希捷公司（Seagate）公司。·1982年，日立发布了全球首款容量超过1GB的硬盘。这就是容量为1.2GB的H-8598硬盘。这块硬盘拥有10片14英寸盘片，两个读写磁头。·1980年代末，IBM推出MR（MagnetoResistive磁阻）技术令磁头灵敏度大大提升，使盘片的存储密度较之前的20Mbpsi（bit/每平方英寸）提高了数十倍，该技术为硬盘容量的巨大提升奠定了基础。1991年，IBM应用该技术推出了首款3.5英寸的1GB硬盘。·1970年

4、到1991年，硬盘碟片的存储密度以每年25%~30%的速度增长；从1991年开始增长到60%～80%；至今，速度提升到100%甚至是200%。从1997年开始的惊人速度提升得益于IBM的GMR（GiantMagnetoResistive，巨磁阻）技术，它使磁头灵敏度进一步提升，进而提高了存储密度。·1993年，康诺（ConnerPeripherals）推出了CP30344硬盘容量是340MB。·1995年，为了配合Intel的LX芯片组，昆腾与Intel携手发布UDMA33接口—EIDE标准将原来接口数据传输率从16.6MB/s提升到了33MB/s。同年，希捷开发出液态轴承（FDB，Flui

5、dDynamicBearing）马达。所谓的FDB就是指将陀螺仪上的技术引进到硬盘生产中，用厚度相当于头发直径十分之一的油膜取代金属轴承，减轻了硬盘噪音与发热量。·1996年，希捷收购康诺（ConnerPeripherals）·1998年2月，UDMA66规格面世。·2000年10月，迈拓（Maxtor）收购昆腾。·2003年1月，日立宣布完成20.5亿美元的收购IBM硬盘事业部计划，并成立日立环球存储科技公司（HitachiGlobalStorageTechnologies,HitachiGST）。·2005年日立环储和希捷都宣布了将开始大量采用磁盘垂直写入技术（perpendicular

6、recording），该原理是将平行于盘片的磁场方向改变为垂直（90度），更充分地利用的存储空间。·2005年12月21日，希捷宣布收购迈拓（Maxtor）。·2007年1月，日立环球存储科技宣布将会发售全球首只1Terabyte的硬盘，比原先的预定时间迟了一年多。硬盘的售价为399美元，平均每美分可以购得27.5MB硬盘空间。·2011年3月，西部数据以43亿美元的价格，收购日立环球存储科技。·2011年4月，希捷宣布与三星强化策略伙伴关系。  从硬盘问世至今已经过了56个年头，不管是容量、体积还是生产工艺都较之前有了重大革新和改进，但一直都保持了“温氏”的架构(固态硬盘除外，它不是我们今

7、天的主角)。经过封装后的硬盘，对我们一般呈现出如下的样子：  背面：  打开后盖：  硬盘主要由盘体、控制电路板和接口部件组成。盘体就是一个密封，封装了多个盘片的腔体；控制电路包含硬盘BIOS，主控芯片和硬盘缓存等单元；接口部件包含电源、数据接口主从跳线等。  硬盘的盘片一般采用合金材料，多数为铝合金(IBM曾经开发过玻璃材质的盘片，好像现在有些厂家也生产玻璃材质的盘片，但不多见)，盘面上涂着磁性材料，厚度一